Duale magnetische Anomalieerkennung und -erkennung basierend auf einem platinenweiten, mikro‑vollintegrierten Fluxgate‑Tensor für Blindgänger (UXO)‑Missionen

Verborgene Gefahren unter der Erde finden

Auf ehemaligen Schlachtfeldern und Testgeländen können über Jahrzehnte nicht explodierte Granaten und Bomben verborgen liegen und damit Zivilisten, Bauarbeiter und die Umwelt gefährden. Viele dieser Objekte bestehen aus Stahl und verzerren das Magnetfeld der Erde nur geringfügig. Dieser Artikel beschreibt ein neues, taschengroßes Magnetsonden‑Array, das mehrere vergrabene Metallziele gleichzeitig erkennen und voneinander unterscheiden kann und damit den Weg für sicherere und effizientere Bergung von Blindgängern (UXO) mit tragbaren und unbemannten Systemen ebnet.

Eine neue Art magnetischer „Augen“

Die Autoren bauen auf einem Messprinzip auf, das als magnetische Anomalienerkennung bekannt ist: ferromagnetische Objekte verbiegen das Magnetfeld der Erde leicht, und empfindliche Instrumente können diese Verzerrungen erfassen. Herkömmliche Geräte sind oft sperrig, empfindlich, energiehungrig oder leicht durch Hintergrundrauschen gestört. Das Team verwendet eine Technologie namens Fluxgate‑Sensor, die eine praktische Kombination aus hoher Empfindlichkeit, Robustheit und Betriebsfähigkeit bei Raumtemperatur bietet. Sie miniaturisieren diese Technologie mit mikro‑Fertigungsmethoden, wie sie auch für Computerchips eingesetzt werden, sodass viele winzige Sensoren dicht nebeneinander in ein kompaktes Modul gepackt werden können, das dennoch das dreidimensionale Magnetfeld vollständig misst.

Aufbau eines kompakten Sensorgitters

Im Kern des Systems steht ein magnetischer Sensor im Millimetermaßstab auf einem Glas‑Chip. Jeder Chip enthält einen speziellen Metallkern, um den winzige Spulen gewickelt sind, die sowohl anregen als auch die magnetische Reaktion auslesen. Mit dickem Fotolack, mehrlagiger Elektrolytabscheidung und isolierenden Polymerfilmen formen die Forscher hochpräzise dreidimensionale Spulenstrukturen mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit von Chip zu Chip. Drei dieser einachsigen Sensoren werden dann in einem U‑förmigen Rahmen rechtwinklig zueinander verbunden, um einen triaxialen Sensor zu schaffen, der das Magnetfeld entlang aller drei Achsen erfasst. Vier solcher triaxialen Einheiten sind kreuzförmig auf einer kleinen Leiterplatte montiert, mit nur 20 Millimetern Abstand zwischen benachbarten Einheiten. Das Endgerät — ein vollständiges „magnetisches Tensor“‑Array — misst nur 86 × 80 × 16 Millimeter und verbraucht weniger als ein Zehntel Watt.

Formen durch magnetische Schatten erkennen

Da die vier triaxialen Sensoren in einem präzisen Muster angeordnet sind, kann das Gerät nicht nur das lokale Magnetfeld messen, sondern auch dessen räumliche Veränderung — den magnetischen Gradienten‑„Tensor“. Diese reichhaltigere Information wirkt wie ein Schatten, der Größe und Form vergrabener Objekte kodiert und gleichzeitig Hintergrundstörungen ausgleicht. Das Team validiert zunächst die Grundleistung von zwölf einzelnen Chips und findet hohe Empfindlichkeit bei extrem niedrigem Rauschen. Anschließend geht es nach draußen zu einem 1,2‑Meter‑Quadrat‑Testfeld, platziert verschiedene Magnete in der Mitte und tastet den Bereich an Dutzenden Punkten ab, wobei das Array 10 Zentimeter über dem Boden gehalten wird. Aus diesen Messungen rekonstruieren sie farbige Karten der magnetischen Gradienten und analysieren die Umrisse der Anomalie‑Muster.

Zwei verborgene Objekte auseinanderhalten

In Einzelzieltests vergleichen die Forscher einen olivenförmigen Magneten mit einem kugelförmigen Magneten. Beide können auf etwa 15 Zentimeter um ihre wahren Zentrumpositionen lokalisiert werden, doch ihre magnetischen „Fußabdrücke“ sehen unterschiedlich aus: Der gestreckte Magnet erzeugt ein langgezogenes Muster, während die Kugel nahezu rund erscheint. Das Team quantifiziert dies durch ein Seitenverhältnis, das effektiv die langen und kurzen Dimensionen der Anomaliekarte vergleicht; der olivenförmige Magnet liefert ein höheres Seitenverhältnis als die nahezu kreisrunde Kugel. Anschließend testen sie zwei hohle Magnete gleichzeitig — einen zylindrischen und einen kugelförmigen — nebeneinander. Obwohl diese Magnete relativ schwach sind, zeigen die Tensor‑Karten dennoch zwei deutlich getrennte Spitzen und klar unterschiedliche Umrissformen. Wieder erzeugt das längliche Ziel ein gestreckteres Muster als das kugelförmige, wodurch das System erkennen kann, dass zwei unterschiedliche Objekttypen im selben Bereich vorhanden sind.

Was das für eine sicherere Flächenräumung bedeutet

Für Laien ist die Kernbotschaft, dass diese miniaturisierte Sensorplatine sowohl mehrere vergrabene Metallobjekte finden als auch unterscheiden kann, indem sie subtile Verzerrungen des Erdmagnetfelds liest — und das bei kleiner Größe, geringem Gewicht und hoher Energieeffizienz. Dadurch lässt sie sich viel einfacher an Drohnen, kleinen Robotern oder handgeführten Geräten montieren als ältere Magnetsysteme. Wenn die Autoren die Elektronik weiter verfeinern, um Daten schneller und mit höherer Auflösung zu erfassen, könnte diese Technologie die Geschwindigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit von UXO‑Untersuchungen deutlich verbessern und so die Räumung ehemaliger Konfliktgebiete sicherer und kostengünstiger machen.

Zitation: Pu, Z., Fang, D., Dai, Y. et al. Dual-target magnetic anomaly detection and recognition based on a board-level micro fully integrated fluxgate tensor for unexploded ordnance (UXO) mission. Microsyst Nanoeng 12, 119 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01227-y

Schlüsselwörter: Detektion von Blindgängern, Messung magnetischer Anomalien, Fluxgate‑Sensorarray, MEMS‑Magnetometer, tragbare UXO‑Untersuchung